Лекция. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

5.1 Диаграмма состояния  системы Fe – C

Среди диаграмм состояния металлических сплавов самое большое значение имеет диаграмм состояния системы Fe – C. Это объясняется тем, что в технике широко применяют железоуглеродистые сплавы.

Имеются две диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов: метастабильная, характеризующая превращения в системе Fe – Fe 3 C (цементит), с стабильная характеризующая превращение в системе Fe – C (рис. 5.1).

На то, что система Fe – C является более стабильной, чем система Fe – Fe 3 C, указывает тот факт, что при нагреве до высоких температур цементит распадается на железо и графит, т.е. переходит в более стабильное состояние.

Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом

Железо и углерод – элементы полиморфные. Железо с температурой плавления 1539ºС имеет две модификации – α и γ. Модификация Feɑ существует при температурах до 911 ºС и от 1392 до 1539 ºС, имеет ОЦК решетку с периодом 0,286 нм (при 20 - 25 ºС). Важной особенностью Feɑ является его ферромагнетизм ниже температуры 768 ºС называемой точкой Кюри.

Модификация Fe γ существует в интервале температур от 911 до 1392 ºС, и имеет ГЦК решетку, период которой при 911 ºС равен 0,364 нм. ГЦК решетка более компактна, чем ОЦК. В связи с этим при Fe ɑ Fe γ объем железа уменьшается приблизительно на 1%. Fe γ парамагнитно.

Углерод существует в двух модификациях: графита и алмаза. При нормальных условиях стабилен графит, алмаз представляет его метастабильную модификацию. При высоких давлениях и температурах стабильным становится алмаз. Это используют при получении синтетических алмазов.

Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой жидкий раствор, феррит, аустенит, цементит и свободный углерод в виде графита.

Феррит (обозначают Ф или ) – твердый раствор внедрения углерода в Fe ɑ. Различают низкотемпературный и высокотемпературный феррит. Предельная концентрация углерода в низкотемпературном феррите составляет лишь 0,02%, в высокотемпературном – 0,1%. Низкая растворимость углерода в Feɑ обусловлена малым размером межатомных пор в ОЦК решетке. Значительная доля атомов углерода вынуждена размещаться в дефектах (вакансиях, дислокациях). Феррит – мягкая, пластичная фаза со следующими механическими свойствами: σв = 300 МПа; δ = 40%; Ψ = 70% КСU = 2,5 МДж/м2; твердость равна 80 – 100 HB.

Аустенит (обозначают А или γ) – твердый раствор внедрения углерода в Fe γ. Он имеет ГЦК решетку, межатомные поры в которой больше, чем в ОЦК решетке, поэтому растворимость углерода в Feγ значительно больше и достигает 2,14%. Аустенит пластичен, но прочнее феррита (160 – 200HB) при 20 – 25 ºС.

Цементит (обозначают Ц) – карбид железа (почти постоянного состава) Fe 3 C,  содержит 6,69% С и имеет сложную ромбическую решетку. При нормальных условиях цементит твердый (800 HB) и хрупкий. Цементит слабо ферромагнитный и теряет ферромагнетизм при 210 ºС. Температуру плавления цементита трудно определить в связи с его распадом при нагреве. При нагреве лазерным лучем она определена равной 1260 ºС.

Графит – углерод, выделяющийся в железоуглеродистых сплавах в свободном состоянии. Графит имеет гексагональную кристаллическую решетку. Графит электропроводен, химически стоек, малопрочен, мягок.

Дата: 2019-02-18, просмотров: 1294.